Tên cơng trình Diện tích S, m2 Ptc, W/m2 P, W Pd, W Số bóng đèn, nd Pcs, W
Phân xưởng sản xuất chính
756 12,5 9450 200 48 9600
Khu hành chính 120 ×2
4 960 40 24 960
Kho ngun liệu 210 7 1470 100 15 1500
Kho thành phẩm 240 7 1680 100 17 1700
Nhà ăn 144 4 576 40 15 600
Nhà sinh hoạt vệ sinh 96 4 384 40 10 400
Tên cơng trình Diện tích S, m2 Ptc, W/m2 P, W Pd, W Số bóng đèn, nd Pcs, W
Khu làm lạnh 60 4 240 40 6 240
Nhà nồi hơi 60 4 240 40 6 240
Khu hóa chất, nhiên liệu
36 3,6 129,6 100 2 200
Phân xưởng cơ điện 48 6 288 100 3 300
Trạm biến áp 20 3,6 72 40 2 80
Khu xử lý nước thải 70 6 420 100 5 500
Kho chứa dụng cụ cứu hỏa 9 6 54 40 2 80 Khu xử lý, làm mềm nước 66 3.6 237,6 100 3 300 Nhà đặt máy phát điện 30 7 210 100 3 300 Nhà xe 72 3,6 259,2 40 8 320 Gara ô tơ 70 3,6 252 40 7 280 Phịng bảo vệ 12 3,6 43,2 40 2 80 Chiếu sáng các khu vực khác 40 20 800 Tổng 18480
Tổng phụ tải tính cho chiếu sáng: Ptt1 = K1 × Pcs (kW)
Trong đó:
K1: Hệ số khơng đồng bộ giữa các đèn có giá trị từ 0,9 - 1, lấy K1 = 1. ⇒ Ptt1 = 1 × 18480 = 18480 (W) = 18,48 (kW).
7.1.2. Tính cơng suất động lực
Cơng đoạn Cơng suất tiêu thụ, kW
Số lượng thiết bị Tổng công suất, kW
Tank phối trộn 11 2 22
Thiết bị phối trộn 3 1 3
Thiết bị gia nhiệt 7,5 2 15
Thiết bị đồng hóa 15 2 30 Thiết bị thanh trùng 4 2 8 Thiết bị làm mát, làm lạnh 7,5 3 22,5
Tank lên men 7,5 2 15
Tank chờ rót 7,5 4 30
Máy chiết rót 18 1 18
Bơm răng khía 3 4 12
Bơm ly tâm 0,9 12 10,8
Tổng 186,3
Tổng công suất điện cho động lực: Pđl = 186,3 (kW) Phụ tải điện năng cho động lực:
Ptt2 = Pđl × Kđl (kW)
Với Kđl: Hệ số động lực phụ thuộc vào mức độ mang tải của các thiết bị và sự làm việc không đồng đều của các thiết bị, thường Kđl = 0,5 ÷ 0,6.
Chọn Kđl = 0,55
P tt2 = 186,3 × 0,55 = 102,465 (kW)
Vậy cơng suất nhà máy nhận được từ bộ phận thứ cấp của trạm biến áp hay máy phát điện là: Ptt = Ptt1 + Ptt2 = 18,48 + 102,465 = 120,945 (kW)
- Tính điện năng tiêu thụ cho chiếu sáng
Acs = Pcs × T × K (kWh) [4, 33] + Trong đó:
Acs: Là điện năng tiêu thụ cho thắp sáng cả năm (kWh) Pcs: Công suất điện chiếu sáng (kW)
K: Hệ số đồng bộ giữa các đèn, từ 0,9 ÷ 1, chọn K = 1 T: Thời gian sử dụng tối đa (h)
+ Với T = k1 × k2 × k3
k1: Thời gian thắp sáng 1 ngày. Chọn k1 = 24
k2: Số ngày làm việc bình thường trong tháng. Chọn k2 = 28 k3: Số tháng làm việc trong năm. Chọn k3 = 12
T = 24 × 28 × 12 = 8064 (h) + Với: Pcs = Σ Pđèn = 18,48 (kW)
Thay số ta có: Acs = 18,48 × 8064 × 1 = 149022,72 (kWh) - Tính điện năng tiêu thụ cho động lực:
Ađl = Pđl × T × Kc (kWh). [4, 34] + Trong đó:
Pđl = 186,3 (kW)
Kc: Hệ số động lực cần dùng, chọn Kc = 0,6 T: Thời gian sử dụng tối đa, T = 8064 (h)
Vậy Ađl = 186,3 × 0,6 × 8064 = 901393,92 (kWh) - Điện năng tiêu thụ cho toàn nhà máy trong năm:
A = A′× (Acs + Ađl) [4, 34] A′: Là điện năng tổn hao trên đường dây, lấy A′ = 1,03
A = 1,03 × (149022,72 + 901393,92) = 1081929,139 (kWh)
7.1.4. Chọn máy biến áp
- Tính cơng suất phản kháng
+ Trong đó:
Ptt: Tổng cơng suất tác dụng của tồn xí nghiệp, (kW)
Tính cơng suất phản kháng: Chỉ tính cho động lực, phần chiếu sáng bỏ qua.
Với các thiết bị động lực hệ số cos1 = 0,6 tg1 = 1,333 Qtt = Ptt × 1,333 = 120,945 × 1,333 = 161,220(kVA)
- Tính dung lượng bù
Nâng hệ số cos1 = 0,6 lên cos2 = 0,9 - 0,92 Qb = Ptt × (tg1 - tg2) (kVA) [4, 34] Với cos2 = 0,92 tg2 = 0,426
Qb = 120,945 × ( 1,333 – 0,426) = 109,697 (kVA)
- Xác định số tụ điện: Để nâng cao trị số cos ta sử dụng tụ điện có cơng suất 10 (kVA), khi đó số tụ điện được xác định:
n = Qb q = 109,697 10 = 10,970 n = 11 Vậy chọn n = 11 tụ
Sau khi chọn tụ ta thử lại và tính được cos thực tế theo công thức sau: Cos φ = Ptt √Ptt2 +( Qtt- n × q)2= 120,945 √120,9452 + (161,220-11 × 10)2 = 0,921 Chọn máy biến áp: Pchọn = t tt t cosφ P [4, 35] Pch nọ = Ptt cosφtt = 120,945 0,921 = 131,319 (kVA)
Chọn máy biến áp cách ly 3 pha LIOA 200 kVA [29] Thông số máy biến áp 200 kVA
- Nhãn hiệu: LIOA - Kiểu dáng: Đứng
- Điện áp đầu vào: 380 (V), 3 pha - Điện áp đầu ra: 200 - 220 (V), 3 pha - Công suất định mức: 200 (kVA) - Tần số công tác: 49 (Hz) - 62 (Hz) - Vật liệu lõi từ: Thép silic
- Dây quấn 100%: Đồng - Vỏ máy: Vỏ thép.
Đề phòng mất điện và đảm bảo điện cho sản xuất nhà máy nhất thiết phải trang bị một máy phát điện dự phòng:
Ta chọn máy phát điện động cơ DAEWOO 400 kVA [30] - Model: 6 DWD - 455, 3 pha
- Công suất liên tục: 320 (kVA) - Công suất tối đa: 400 (kVA) - Điện thế: 230/400 (V) - Tần số: 50 (Hz) - Tốc độ quay: 1500 (vòng/phút) - Số xi lanh: 6 Số lượng: 1 máy 7.2. Tính hơi
Hơi được dùng phổ biến trong các nhà máy, để cung cấp nhiệt phục vụ cho dây chuyền sản xuất, vệ sinh và dùng cho sinh hoạt. Dùng hơi có nhiều ưu điểm hơn so với dùng các nguồn nhiệt khác như:
- Hệ số cấp nhiệt lớn dẫn tới bề mặt truyền nhiệt nhỏ nghĩa là kích thước thiết bị nhỏ gọn hơn các thiết bị đun nóng bằng cách khác.
- Vận chuyển đi xa được dễ dàng theo đường ống. - Truyền nhiệt đều và tránh xảy ra quá nhiệt cục bộ. - Dễ điều chỉnh nhiệt độ bằng cách điều chỉnh áp suất. - Không độc hại, khơng ăn mịn thiết bị.
Dùng hơi nước bão hịa có ưu điểm sau: - Hệ số truyền nhiệt lớn.
- Dễ ngưng tụ và điều chỉnh nhiệt độ. - Rẻ tiền, dễ kiếm.
7.2.1. Chi phí hơi trong dây chuyền sản xuất
Chi phí hơi ở các cơng đoạn trong dây chuyền sản xuất: Lượng nhiệt: Q = Gs × Cs × (t2 - t1) (kcal) [4]
Trong đó :
Gs : Là lượng sữa cần gia nhiệt
Q : Lượng nhiệt cần thiết để đưa lượng dịch sữa từ nhiệt độ t1 lên t2 t1 : Nhiệt độ trước khi gia nhiệt
t2 : Nhiệt độ sau khi gia nhiệt
Cs : Là nhiệt dung riêng của sữa có độ khơ 22,45% Cs = Cn × (1 - B) + Cck × B
Với:
Cn: Nhiệt dung riêng của nước, (kcal/kg.°C) Cck: Nhiệt dung riêng của chất khô, (kcal/kg.°C) B: Hàm lượng chất khơ, %
Cs = 1 × (1 - 0,225) + 0,98 × 0,225 = 0,996 (kcal/kg.°C)
Lượng nhiệt cần dùng cho quá trình gia nhiệt trước khi phối trộn Q1 = Gn × Cn × (t2 - t1) (kcal) [4, 31]
Trong đó:
Gn: Lượng nước cần gia nhiệt, Gn = 9598,367 (kg/ca) = 1199,796 (kg/h). t2: Nhiệt độ nước sau khi gia nhiệt, t2 = 65°C.
t1: Nhiệt độ nước trước khi gia nhiệt, t1= 28°C.
Cn: Nhiệt dung riêng của nước ở 28°C, Cn = 0,998 (kcal/kg.°C ). Q1 = 1199,796 × 0,998 × (65 - 28) = 44303,667 (kcal/h)
Lượng sữa cần đi gia nhiệt: 13597,767(kg/ca) = 1699,721 (kg/h) t1 = 50°C, t2 = 70°C
Q2 = 1699,721 × 0,996 × (70 - 50) = 33853,440 (kcal/h)
Lượng nhiệt cần dùng cho q trình gia nhiệt đồng hóa 2:
Lượng sữa cần đi gia nhiệt: 13448,816 (kg/ca) = 1681,102 (kg/h) t1 = 10°C, t2 = 70°C
Q3 = 1681,102 × 0,996 × (70 - 10) = 100462,456 (kcal/h)
Lượng nhiệt cần dùng cho quá trình thanh trùng 1
Lượng sữa cần đi gia nhiệt: 13543,416 (kg/ca) = 1692,927 (kg/h) t1 = 50 °C, t2 = 75 °C
Q4 = 1692,927× 0,996 × (75 - 50) = 25292,329 (kcal/h)
Lượng nhiệt cần dùng cho quá trình thanh trùng 2
Lượng sữa cần đi gia nhiệt: 13381,679 (kg/ca) = 1672,710 (kg/h) t1 = 60°C, t2 = 95°C
Q5 = 1672,710 × 0,996 × (95 - 60) = 53810,666 (kcal/h)
Tổng nhiệt lượng của các công đoạn Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
= 44303,667 + 33853,440 + 100462,456 + 25292,329 + 53810,666
= 257722,558 (kcal/h)
Coi hao phí ở các cơng đoạn là 5 %: Qtb = Q + Q × 5% Nhiệt lượng cần dùng:
Qtb = 257722,558 + 257722,558 × 0,05 = 270608,686 (kcal/h) Vậy lượng hơi cần cung cấp:
D=Qtb i- ih Trong đó:
Qtb: Lượng hơi cần cung cấp, kcal i: Nhiệt hàm của nước, kcal
t = 158°C thì i = 657,3 kcal/kg hơi nước [5, 313] t = 158°C thì ih = 158,7 kcal/kg oC [5, 313] Vậy lượng hơi cần dùng trong 1 giờ:
Dtb = 270608,686
657,3 - 158,7 = 542,737 (kg/h)
7.2.2. Lượng hơi sử dụng cho sinh hoạt
Lấy trung bình hơi dùng cho sinh hoạt lúc số người sử dụng đông nhất 1 ca là 70 người, mỗi người sử dụng 0,5 kg/h.
Dsh = 0,5 × 70 = 35 (kg/h)
7.2.3. Chi phí hơi khử trùng thiết bị
Lượng hơi dùng để khử trùng thiết bị lấy bằng 20% lượng hơi tiêu thụ của thiết bị:
Dkt = 0,2 × 542,737= 108,547(kg/h)
7.2.4. Chi phí hơi do mất mát
Lấy chi phí hơi mất mát bằng 20% tổng lượng hơi các chi phí trên: Dmm = 0,2 × (542,737 + 35 + 108,547) = 137,257 (kg/h)
7.2.5. Lượng hơi cung cấp
D = Dtb + Dkt + Dsh + Dmm
= 542,737 + 108,547 + 35 + 137,257 = 823,541(kg/h) Chọn nồi hơi kiểu WNS1-1.0-Y(Q), với các thông số [31]: + Năng suất hơi: 1000 (kg/h)
+ Áp suất hơi: 1Mpa.
+ Kích thước : 3300 × 1800 × 2100 (mm) + Nhiệt độ hơi nước: 184°C
Số lượng : Chọn 1 nồi.
7.3. Tính nước
7.3.1. Cấp nước
Nước cung cấp cho nhà máy sản xuất sữa chua chủ yếu là dùng để rửa, vệ sinh thiết bị, cung cấp cho lò hơi, chữa cháy, trong các hoạt động sinh hoạt…
7.3.1.1. Nước dùng cho lò hơi
Cứ 1 kg nước cho 1 kg hơi, lượng hơi từ nồi hơi là 823,541(kg/h) Nên lượng nước cần dùng cho nồi hơi trong 1 giờ là: 0,824 (m3/h) Lượng nước cần dùng cho một ngày là: 0,824 × 24 = 19,78 (m3/ngày).
7.3.1.2. Nước dùng cho sinh hoạt
Nước dùng cho nhà ăn, sinh hoạt, vệ sinh: Tính cho 60 lít/người/ngày, tính cho 60% tổng nhân lực nhà máy.
133 × 0,6 × 60 = 4788 (lít/ngày)
Nước dùng tưới đường, cây xanh: 2000 (lít/ngày) Nước dùng rửa xe: 2000 (lít/ngày)
Vậy nước dùng cho sinh hoạt:
4788 + 1000 + 2000 = 7788 (lít/ngày) = 7,79(m3/ngày).
7.3.1.3. Nước dự trữ cho cứu hỏa
Trong nhà máy sử dụng cột cứu hỏa: Chỉ tiêu 2,5 (lít/s). Sử dụng nước đủ chữa cháy trong 3 giờ:
2,5 × 3 × 3600 = 27000 lít = 27 (m3)
Lượng nước này khơng tiêu hao khi khơng có sự cố nên khơng tính vào lượng nước chi phí hằng ngày.
7.3.1.4. Nước dùng cho CIP
Lấy trung bình: 25 m3/ca
Lượng nước dùng cho vệ sinh máy móc, thiết bị trong trường hợp nhà máy hoạt động 3 ca:
25 × 3 = 75 (m3/ngày).
7.3.1.5. Tổng chi phí nước cho nhà máy trong 1 giờ
V = 1,5 × (19,78 + 7,79 + 27 + 75) = 194,355 (m3/ ngày) = 8,098 (m3/h)
Lượng nước thực tế dùng cho nhà máy trong một ngày có thể kể đến hệ số sử dụng khơng đồng đều là K = 1,5
Theo công thức:
D =√4 ×Vπ ×a ×3600 (m) Trong đó:
D: Đường kính ống dẫn nước (m).
a: Vận tốc nước chảy trong ống, lấy 1 (m/s).
V: Lượng nước cần dùng trong một giờ, V = 8,098 (m3/h). D =√4 ×8,098π × 1 ×3600 = 0,054 (m)
Đường ống dẫn nước trong phân xưởng sản xuất chính là đường khép kín và bố trí sát tường, cách nền 4 - 5 m, ống dẫn làm bằng thép không rỉ.
Những nơi tiêu thụ nước thường xuyên đường ống đặt nơi tiện dụng nhất. Các ống cao su có Ø = 600 mm. Nước chữa cháy lấy trên đường ống dẫn nước chính bằng cách lắp thêm van dẫn nước.
7.3.2. Thoát nước
Lượng nước thải do sản xuất: 75 (m3/ngày). Lượng nước thải do sinh hoạt: 7,79 (m3/ngày).
Vậy lượng nước thải: V = 75 + 7,79 = 82,79 (m3/ngày) = 3,449 (m3/h). Đường kính ống dẫn nước thải:
Theo công thức:
D =√4 ×Vπ ×a ×3600 (m) Trong đó:
D: Đường kính ống dẫn nước (m).
a: Vận tốc nước chảy trong ống, lấy 0,4 (m/s).
V: Lượng nước thải trong một giờ, V = 3,449 (m3/h). D =√4 × 3,449π × 0,4 ×3600 = 0,055 (m)
7.4. Tính lạnh
Q trình làm lạnh là yếu tố cần thiết trong công nghệ sản xuất sữa, để khống chế nhiệt độ của sữa theo yêu cầu cơng nghệ. Do đó ta phải xác định năng
suất lạnh để chọn máy nén và chọn các thiết bị làm lạnh. Trên cơ sở đó chọn diện tích phịng máy cho phù hợp.
Chi phí lạnh bao gồm:
Q = Q1 + Q2 + Q3 (kcal/h) [4, 35] Trong đó:
Q1: Chi phí lạnh do truyền ra mơi trường xung quanh như tường, nền, trần do chênh lệch nhiệt độ, kcal/h.
Q2: Chi phí lạnh trong q trình cơng nghệ để làm lạnh, kcal/h.
Q3: Chi phí lạnh do thao tác, do thiết bị tỏa nhiệt và các tiêu hao khác, kcal/h.
Kho lạnh bảo quản sữa chua có nhiệt độ 2 - 4°C, kích thước 24 × 10 × 6 (m). 7.4.1. Tính Q1 Q1 = QT + QTr + QN (kcal/h) [4, 36] Trong đó: QT: Tổn thất lạnh qua tường QTr: Tổn thất lạnh qua trần QN: Tổn thất lạnh qua nền - Tổn thất lạnh qua tường QT = ST × K × t [4, 36] Trong đó: ST: Diện tích tường, ST = 2 × 24 × 6 + 2 × 10 × 6 = 408 (m2). K: Hệ số truyền nhiệt qua tường, K = 0,42 (kcal/m2.°C).
t: Chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài trần, t = 26°C. Vậy QT = 408 × 0,42 × 26 = 4455,36 (kg/h)
- Tổn thất lạnh qua trần
QTr = STr × K × t [4, 36] Trong đó:
K: Hệ số truyền nhiệt qua tường, K = 0,35 (kcal/m2. °C).
t: Chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài trần, t = 26°C. Vậy QTr = 240 × 0,35 × 26 = 2184 (kg/h)
- Tổn thất lạnh qua nền
QN = SN × K × t [4, tr.36] Trong đó:
SN: Diện tích nền, SN = 24 × 10 = 240 (m2).
K: Hệ số truyền nhiệt qua tường, K = 0,35 (kcal/m2.°C).
t: Chênh lệch nhiệt độ dưới nền và trên nền, t = 8°C. QTr = 240 × 0,35 × 8= 672 (kg/h)
Vậy: Q1 = QT + QTr + QN = 4455,36 + 2184 + 672 = 7311,360 (kcal/h)
7.4.2. Tính Q2
Q2 = G × C × (t1 - t2) [4, 36] Trong đó:
G : Lượng sữa đưa vào làm lạnh, (kg/h)
C : Nhiệt dung riêng của sữa, C = 0,996 (kcal/kg°C) t1 : Nhiệt độ của sữa trước khi làm lạnh, °C
t2 : Nhiệt độ của sữa sau khi làm lạnh, °C
- Chi phí lạnh để làm lạnh sữa sau thanh trùng 1: Lượng sữa trước khi vào làm lạnh 1:
G7 = 13502,786 (kg/ca) = 1687,848 (kg/h) t1 = 75°C, t2 = 5°C
Q2a = 1687,848 × 0,996 × (75 - 5) = 117676,763 (kcal/h) - Chi phí lạnh để làm lạnh sữa sau thanh trùng 2:
Lượng sữa trước khi vào làm lạnh mát : G13 = 13354,916 (kg/ca) = 1669,365kg/h
t1 = 95°C, t2 = 40°C
- Chi phí lạnh để làm lạnh sữa sau lên men:
Lượng sữa trước khi vào làm lạnh 2: G15 = 13634,075 (kg/ca) = 1704,259 (kg/h)
t1 = 42°C, t2 = 18°C
Q2c = 1704,259 × 0,996 × (42 – 18) = 40738,607 (kcal/h) - Như vậy chi phí lạnh trong q trình cơng nghệ để làm lạnh: Q2 = Q2a + Q2b + Q2c
= 117676,763 + 91447,815 + 40738,607 = 249863,185 (kcal/h)
7.4.3. Tính Q3
Chi phí lạnh do thao tác, do thiết bị tỏa nhiệt và các tiêu hao khác. Xem tiêu hao là 5%, ta có: Q3 = 5% × (Q1 + Q2) = 5% × (7311,360 + 249863,185) = 12858,727 (kcal/h) 7.4.4. Tính Q Q = Q1 + Q2 + Q3 = 7311,360 + 249863,185 + 12858,727 = 270033,272 (kcal/h) Ta có: 1 (kcal/h) = 4186/3600 (J/s) = 1,163 (W) 270033,272 (kcal/h) = 314,049 (kW) 7.5. Tính nhiên liệu
Dầu FO sử dụng cho lò hơi: G = D × ( ih - in)
Q × × 100 [4 , 31] Trong đó:
Q: Nhiệt lượng của dầu, Q = 9800 (kcal/kg) D: Năng suất hơi, D = 823,541 (kg/h)
: Hiệu suất lò hơi, = 70%
ih: Nhiệt hàm của hơi ở áp suất làm việc, ih = 657,3 (kcal/kg) [5, I, 315] in: Nhiệt hàm của nước đưa vào lò hơi, in = 152,2 (kcal/kg) [5, I, 315] G = 823,541 × (657,3 - 152,2)
Lượng dầu FO sử dụng trong một ngày là: Gt = 60,637 × 24 = 1455,288 (kg/ngày)
Dầu DO: Sử dụng cho máy phát điện, sử dụng 15 lít/ngày
Xăng: Sử dụng để chạy các loại xe trong nhà máy, định mức 30 lít/ngày Dầu nhờn: Sử dụng để bôi trơn các thiết bị, định mức 10 kg/ngày.